Влияние условий эксплуатации пескоразбрасывателя на процессы распределения противогололедных материалов

(1)

№11, 2013 Теорія і практика будівництва

52

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕСКОРАЗБРАСЫВАТЕЛЯ НА ПРОЦЕССЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

АННОТАЦИЯ. В работе рассматривают закономерности распределения противогололедных материа- лов метательным диском. Впервые рассматривается влияние на параметры процесса распределения частиц сыпучего материала (высота и дальность полета) угла наклона метательного диска. Показано, что такой наклон реально возможен, когда пескоразрасывающая машина движется по дороге, которая имеет продоль- ный или поперечный уклон.

Актуальность работы. В настоящее время наиболее распространенным способом борьбы с голо- ледом является технология с применением пескораз- брасывателей − транспортных средств или навесного оборудования для автомобилей или самоходных ма- шин, выполняющих функцию доставки и распределе- ния песка, пескосоляной смеси или твердых антиго- лоледных реагентов на проезжей части дорог.

Метательный диск в традиционной конструк- ции пескоразбрасывателя находится на высоте 0,4...0,6 м параллельно поверхности горизонтальной дороги. В этом случае частицы сыпучего материала, слетая с диска, имеют вектор скорости, который не позволяет им подняться выше уровня метательного диска. Однако на практике нередки случаи, когда диск пескоразбрасывателя оказывается расположен- ным не параллельно поверхности дороги, а под неко- торым углом к ней (рис. 1). Это может произойти, например, по причине относительно больших уклонов проезжей части как в продольном, так и поперечном профиле, а также из-за наезда автомашины- пескоразбрасываетеля одной стороной на препят- ствие, например, горку неубранного снега. Таким об- разом, возникает необходимость в изучении возмож- ной траектории разлета частиц сыпучего материала для случая, когда метательный диск пескоразбрасыва- теля имеет определенный угол наклона по отношению к горизонтальной поверхности.

Анализ публикаций.

П

роцессам движения ча- стиц антигололедного сыпучего материала вдоль вращающегося диска, слета с него и полета до по- верхности дороги, а также скольжению по поверхно- сти дороги посвящено много работ [1 - 5].

Цель работы – определить влияние угла наклона диска пескоразбрасывателя на процессы рас- пределения частиц противогололедного сыпучего ма- териала по поверхности дороги.

Основной материал. Частица сыпучего мате- риала слетает с метательного диска со скоростью , вектор которой направлен под углом  к горизонта- ли (рис. 2).

Уравнения движения частицы с учетом приня- той системы координат запишутся в виде:











 .

2, mg y m

x S c x m



 

. (1)

Рис. 1. Возможные положения пескоразбрасывателя.

Рис. 2. Схема движения частицы сыпучего материа- ла с момента слета с вращающегося диска до оста-

новки в точке x₁ на посыпаемой поверхности.

Начальные условия движения частицы на этом этапе можно представить в виде:

00



xt

,

x_t_₀cos

,

y_t_0H

,

y_t_₀sin (2) В соотношениях (1), (2) приняты следующие обозначения: m – масса частицы сыпучего материала, кг;  – плотность воздушной среды, кг/м3; S – пло- щадь поперечного сечения частицы, м²; c – коэффи- циент лобового сопротивления;  – скорость слета

1 Пенчук В.А., Клен А.Н., Диденко А.В. Донбасская национальная академия строительства и архитектуры.

.

(2)

Теорія і практика будівництва №11, 2013

53

частицы с диска, м/с; H– высота слета частицы над поверхностью дороги, м; g– ускорение свободного падения, м/с².

Решение уравнений (1) с учетом начальных условий (2) будет иметь вид:



 



 



 t

m S c S

c

x m   

 1 cos

ln , (3)

sin 2 gt2

t H

y   . (4) Частица сыпучего материала соприкасается с поверхностью дороги, когда

y  0

, тогда время по- лета частицы составит:

g H g

t sing sin ² 2

0  

 



  

    . (5)

Из соотношений (3), (4) и (5) можно предста- вить вертикальную координату частицы как:



 



 

 

 



 



 

 



 





 



1 cos 1 ) 2

(

2 2

mx S c

S e c

tg m

S e c

m H g

x y







 . (6)

Если в момент касания с поверхностью дороги горизонтальная составляющая скорости частицы не равна нулю, то в дальнейшем она может продолжить движение, скользя по поверхности дороги. Из соот- ношения (6) можно определить угол ₁, угол встречи частицы с посыпаемой поверхностью. Значение про- изводной функции y(x) по переменной x, при зна- чении xx₀, составит:

 



  ^ ^



tg e S e

c e tg mg

dx

dy ^m^x ^c_m^S^x ^c_m^S^x

S c







 



 



 

 ⁰ ⁰

0

cos² 1

2 , (7)

После достановок и преобразований получим





₁  . (8) С учетом зависимости (3) величина скорости частицы сыпучего материала в момент касания посы- паемой поверхности:

0

1 cos cos

m t S

x c  





 

 

 . (9)

Соответственно начальная скорость скольже- ния частицы сыпучего материала будет равна:

 



 

 



2 0

1

0 1

1 1 cos

cos cos

t tg m S x c

 

 

 

  . (10)

Уравнение движения частицы сыпучего мате- риала во время скольжения по поверхности дороги имеет вид:

fmg x

S c x

m  ()² (11) при начальных условиях движения на этой стадии

00

t

x , ₀

0

t

x , (12) где f – коэффициент трения скольжения.

Решение уравнения (11) с учетом начальных условий (12) позволяет определить максимальную дальность скольжения частицы:



 



 

 mfg

S c S

c

x m  



2 0

1 ln 1

2 . (13) Максимальная дальность распределения частиц сыпучего материала с момента слета с диска будет равна

1

0 x

x

x  . (14) Численный анализ дальности распределения частиц сыпучего материала с учетом возможного наклона метального диска при исходных параметрах:

106

95 , 1 



m кг; размер частиц до 2 мм; 1,32кг/м³; 10^6



S м²; c0,3; 8 м/с; H 0,4 м, представлен на рис. 3, а основные характеристики процесса дви- жения в табл. 1

Рис. 3. Траектория полета частиц сыпучего матери- ала в зависимости от угла наклона  метательного диска к горизонтали: где 1; 2; 3; 4 – соответственно





 10;0;10;20

 .

На рис. 3 построена траектория полета частиц сыпучего материала в зависимости от угла наклона  метательного диска к горизонтали.

Табл. 1 Характеристики движения частиц сыпучего мате- риала в зависимости от угла наклона  метатель-

ного диска к горизонтали

№ Угол наклона  100 1020

(3)

№11, 2013 Теорія і практика будівництва

54

п/п метательного диска к горизон-

тали 1 Время полета

частицы t₀, с 0,18 0,29 0,46 0,68

2

Дальность полета частицы в гори-

зонтальном на- правлении x₀, м

1,23 1,88 2,72 3,50

3

Угол ₁ встречи частицы с посыпа-

емой поверхно- стью, град.

27 27,1 34,6 46,7

4

Начальная ско- рость скольжения

частицы: ₀, м/с

5,47 4,86 3,73 2,53

5

Дальность сколь- жения частиц x₁,

м

3,47 3,05 2,2 1,25

6

Общая дальность распространения частиц xx₀x₁,

м

4,7 4,93 4,92 4,75

Выводы

1. Угол наклона  метательного диска песко- разбрасывателя к горизонтали не оказывает значи- тельное влияние на дальность распределения частиц сыпучего материала, однако существенно меняет ха- рактер движения частиц.

2. В процессе посыпки дорог необходимо учи- тывать тот факт, что при уклоне пескоразбрасывателя на угол 20 в поперечной или продольной плос- кости высота разлета частиц сыпучего материала в 2 и более раза превышает высоту установки метательного диска над поверхностью дороги, что может оказать

негативное воздействие на объекты (припаркованные рядом автомобили, пешеходы, здания и т.д.), распо- ложенные в зоне распределения частиц.

Литература

1. Хархута Н.Я. Дорожные машины / Н.Я. Ха- рхута, М.И. Капустин, В.П. Семенов, И.М.

Эвентов, Ю.А. Бромберг, Ю.М. Васильев, М.П. Кос- тельов. − М., Машиностроение, 1968. − 416 с.

2. Пенчук В.А. Закономерности распределе- ния противогололедных материалов метательным диском / В.А. Пенчук, Э.С. Савенко, И.В. Грицук //

Вестник ДонГАСА, вып. 2004 - 5(47). Технология, организация и геодезическое обеспечение строитель- ства. − Макеевка: ДонГАСА, 2004. − С. 82 - 87.

3. Пенчук В.А. Совершенствование процесса распределения противогололедных материалов по поверхности дороги вращательным дисковым орга- ном / В.А. Пенчук, В.Н. Гусаков, А.В. Диденко //

Вестник ДонНАСА, вып. 2005 - 7(55). Технология, организация и геодезическое обеспечение строитель- ства. − Макеевка: ДонНАСА, 2005. − С. 82 - 85.

4. Пенчук В.А. К вопросу об эффективности распределения противогололедных материалов мета- тельным диском / В.А. Пенчук, В.Н. Гусаков, А.В.

Диденко // Инновации в науке − инновации в образо- вании: материалы Международной научно- технической конференции "Интерстроймех - 2013", 1- 2 октября 2013 г. − Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013. − С. 274-277.

5. Аржанухина С.П. Совершенствование тех- нологии применения противогололедных материалов при зимнем содержании автомобильных дорог. Авто- реферат кандидатской диссертации. Саратов. 2009. – 21 с.

УДК 69.057.5:69.056.55

Тонкачеєв Г.М., Соловей Д.А., Шарапа С.П.¹